CN101807666B - 硫族化物恒流器件及其制造方法与动作 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为硫族化物恒流器件及其制造方法与动作，其涉及提供二端恒流器件的方法和装置及其动作。本发明提出一种在至少约700mV的施加电压范围内维持恒定电流的恒流器件。本发明还提出改变和重设恒流器件的恒定电流值的方法，或者通过施加正电位减小恒定电流值，或者通过施加比现行恒定电流的电压范围上限更负的电压，从而重设或增加其恒定电流电平至其初始制造值。本发明还提出将存储器件形成或转变为恒流器件的方法。本发明还提出将恒流器件作为模拟存储器件使用的方法。

Description

硫族化物恒流器件及其制造方法与动作
技术领域
本发明涉及恒流器件，具体涉及硫族化物材料构成的恒流器件。
背景技术
目前正在探索将基于硫族化物玻璃的可编程电阻材料用于非易失性存储器件。通过在含有可用金属(例如银)的硫族化物玻璃上施加例如经选择极性的不同电压的外部激励，该硫族化物玻璃内部结构可被改变，产生高或低的电阻状态。
正在研究的用于存储器的硫族化物玻璃的一个特例是硒化锗(GexSe100-x)。一般说，硫族化物玻璃具有已结合在玻璃基体内的供给金属的相关层，以改变电阻状态。作为举例，该相关层可以是银层或硒化银层(Ag2Se)。
当关注的焦点集中于将硫族化物玻璃用于存储器件时，发明人已经发现硫族化物玻璃的另一用途，即用作恒流器件。
发明内容
本发明的一方面提出由硫族化物玻璃材料构成的一种两端恒流器件及其制造与工作方法。该器件包含邻近至少一层硫族化物玻璃层形成的含金属层，它被加偏压而进入恒流状态。该恒流器件在所施加的电压范围内保持恒定电流。
本发明的另一方面提出一种恒流器件以及制造与工作这种器件的方法，在该器件中在第一硒化锗层和第二硒化锗层之间形成至少一层硒化银。这些层设置在第一电极和第二电极之间。这些电极上被施加足以将该器件置于恒流状态的偏压。该恒流器件在所施加的电压范围内维持恒定电流。
本发明的另一方面，提出一种恒流器件以及制造与工作这种器件的方法，在该器件中在第一硒化锗层、银层和第二硒化锗层之间形成至少一层硒化银。这些层又设置在第一电极和第二电极之间。这些电极上被施加足以使该器件置于恒流状态的偏压。该恒流器件在所施加的电压范围内维持恒定电流。
本发明的另一方面提出一种恒流器件以及制造与工作这种器件的方法，在该器件中在的硫族化物玻璃层例如硒化锗层上形成至少一层含金属层(例如银)。在这些层上施加足以将该器件置于恒流状态的偏压。该恒流器件在所施加的电压范围内维持恒定电流。
本发明的另一方面提出一种恒流器件以及制造与工作这种器件的方法，在该器件中，与硫族化物玻璃层例如硒化锗层的和银层一起形成至少一层含金属层(例如硒化银)。在这些层上施加足以将该器件置于恒流状态的偏压。该恒流器件在所施加的电压范围内维持恒定电流。
本发明的另一方面提出一种将由至少一层硫族化物玻璃层和含金属层(例如银或硒化银)组成的已经呈现存储器件行为的器件转变为恒流器件的方法。在这些层上施加足以将该器件置于恒流状态的偏压。该恒流器件在所施加的电压范围内维持恒定电流。
本发明的另一方面提出一种通过控制所施加的偏压来改变由至少一层硫族化物玻璃层形成的恒流器件电流特性的方法。
本发明的另一方面提出一种通过控制所施加的偏压使由至少一层硫族化物玻璃层形成的恒流器件电流特性重设或提升至先前状态的方法。
通过以下结合附图的详细说明，将能更好地理解本发明的上述这些和其它的特征和优点。
附图说明
图1是按照本发明第一实施例制造的硫族化物玻璃恒流器件的剖面图。
图1a是按照本发明第一实施例的第一示范实施例制造的硫族化物玻璃恒流器件的剖面图。
图1b是按照本发明第一实施例的第二示范实施例制造的硫族化物玻璃恒流器件的剖面图。
图1c是按照本发明第一实施例的第三示范实施例制造的硫族化物玻璃恒流器件的剖面图。
图1d是按照本发明第一实施例的又一示范实施例制造的硫族化物玻璃恒流器件的剖面图。
图2是按照本发明第二实施例制造的硫族化物玻璃恒流器件的剖面图。
图2a是按照本发明第二实施例的第一示范实施例制造的硫族化物玻璃恒流器件的剖面图。
图2b是按照本发明第二实施例的第二示范实施例制造的硫族化物玻璃恒流器件的剖面图。
图3是按照本发明构造的硫族化物恒流器件的电流-电压(I-V)曲线图。
图4是施加不同的正电压来减小恒流器件的恒定电流值的曲线图。
图5是阐明由于在硫族化物恒流器件上施加图4所示的电压而得到的恒定电流的曲线图。
图6是说明硫族化物恒流器件的击穿电压的曲线图。
图7是硫族化物恒流器件被加上图5-6所示的偏压后的I-V特性曲线图。
图8是说明施加在硫族化物恒流器件上的原始正电压和所形成的恒定电流的I-V特性曲线图。
图9示出设有按本发明形成的硫族化物恒流器件的计算机系统。
具体实施方式
以下的详细说明参考本发明各特定实施例。充分详细地叙述这些实施例使本专业人士可以实现本发明，但应理解也可以使用其他实施例，可以进行各种结构、逻辑和电学上的改变而并不背离本发明的精神和范围。
在下述说明中所用“衬底”一词可包括任何支持结构，包含但不限于具有露出的衬底表面的玻璃、塑料或半导体衬底。半导体衬底应理解为包括硅、“绝缘物上硅”(SOI)或“蓝宝石上硅”(SOS)、掺杂质和未掺杂质的半导体、由底层半导体支持的硅外延层以及可能不基于硅的其他半导体结构。而且，在下文提及半导体衬底时，可以使用先前的处理步骤在基底半导体结构或基础之上或之内构成区域或结区。
“银”一词不仅包括元素银，而且包括在半导体技术中已知的具有痕量金属的银或各种与其它金属的合金中的银，只要这种银合金是导电的，只要这种银的物理和电学特性维持不变。
“硒化银”一词包括各种硒化银，包括可能银稍有多余或不足的硒化银，例如Ag2Se、Ag2-xSe和Ag2+xSe。
“硫族化物玻璃”一词包括凡含元素周期表中VIA族(即16族)中一个元素的玻璃。VIA族元素也称为硫族元素，包含S(硫)、Se(硒)、Te(碲)、Po(钋)和O(氧)。
本发明针对硫族化物玻璃恒流器件和它们的制造与工作方法。本文所公开的硫族化物玻璃恒流结构可以用于在所施加的电压范围内需要恒定电流的任何场合。
现在结合图1-9解释本发明，图1-9描述本发明的硫族化物恒流器件100和101和其制造与工作方法的示范实施例。
图1描述按照本发明构造的硫族化物恒流器件的第一实施例。第一电极2被形成在衬底1上。第一电极2可以包含任何导电材料，只要该恒流器件的电特性不被改变。例如，各种金属，比如钨、镍、钽、铝、铂或氮化钛等等中一种或几种。此外，第一电极2可以包含导电掺杂的半导体材料。然后，因为例如Ag、Au或Cu的一些金属可能迁移而进入随后淀积的玻璃层，并改变恒流器件的电特性，使用上必须注意。
为简化叙述，第一电极2描述为含钨(W)。尽管图1所示的第一电极2形成在衬底1上，但应理解为可以在电极2之下，在该电极和衬底1之间有附加层。例如，若需要的话，在第一电极2之下可以设有一包含覆盖了一绝缘层的电路层的半导体衬底。在电极2和衬底1之间的附加基础层的存在并不影响本发明的效用。
接着，第一硫族化物玻璃层4形成在第一导电电极2上。硫族化物玻璃层4与电极2电连接。
第一硫族化物玻璃层4最好是具有GeXSe100-X的化学计量的硒化锗玻璃。第一硫族化物玻璃层4的化学计量范围是从约Ge18Se82到约Ge43Se57，但以从约Ge25Se75到约Ge40Se60为理想，更理想的是大致为Ge40Se60。
第一硫族化物玻璃层4的厚度范围从约到约最好，第一硫族化物玻璃层4具有从约到约的厚度。为简化叙述起见，第一硫族化物玻璃层4在下文就称之为Ge40Se60层。第一硫族化物玻璃层4用作玻璃构架，可以直接在该层4上形成含金属层，例如，硒化银或用银(Ag)掺杂的硫族化物层。
本发明一示范实施例的具有例如Ge40Se60的化学计量组成的第一硫族化物玻璃层4，可以用任何适合的方法来形成。例如：蒸发，以适合比例一起溅射锗和硒，使用具有所要求化学计量的硒化锗靶的溅射或用GeH4和SeH2气体(或这些气体的各种组合)的化学计量化学蒸气淀积，形成所要求化学计量的硒化锗薄膜，这些是可用于形成第一硫族化物玻璃层4的各种方法的非限制性的示例。
再参阅图1，在第一硫族化物玻璃层4上形成优选硒化银的含金属层6。但是，任何适合的含金属层6都可被使用，只要它含有充足的金属离子源，在器件工作时离子可以进入或离开硫族化物玻璃层。例如，除硒化银以外，含金属层6可以是银。其它适合的含金属层6包括用Ag掺杂的例如O、S、Se、Te和Po硫族化物的所有硫族化物层。例如硫化银、氧化银和碲化银等等都是可以使用于含金属层6的适合的银的硫族化物。
许多种工艺可用于形成含金属层6。一些非限制性例子是用含Ag的硫族化物源进行的例如蒸气淀积、溅射、联合溅射的物理蒸气淀积技术。其它非限制性工艺例如化学蒸气淀积、共蒸发，在银层上淀积一层硒以形成硒化银或硒化银层的化学浴淀积也可使用。图1所示含金属层6与第一硫族化物玻璃层4的上表面相接触；然而，在层4和6之间也可以有中间层，只要它们容许所形成的器件工作于恒流方式。
所形成的含金属层6的厚度范围从约到约最好，含金属层6厚约
再参阅图1，在含金属层6上形成第二硫族化物玻璃层8。图1描述第二硫族化物玻璃层8与含金属层6上表面相接触；然而，在层6和8之间也可以有中间层，只要它们容许所形成的器件工作在恒流方式。
第二硫族化物玻璃层8最好是具有GeXSe100-X的化学计量的硒化锗玻璃。第二硫族化物玻璃层8的化学计量范围是从约Ge18Se82到约Ge43Se57，但以从约Ge25Se75到约Ge40Se60为理想，更理想为约Ge40Se60。第二硫族化物玻璃层8最好具有厚度范围约到约更理想的是，第二硫族化物玻璃层8的厚度为约
尽管以上描述的第一硫族化物玻璃层4和第二硫族化物玻璃层8具有相同的化学计量，例如约Ge40Se60，但应理解第一硫族化物玻璃层4和第二硫族化物玻璃层8可具有互不相同的化学计量，甚至它们可以是不同的玻璃。例如，第一硫族化物玻璃层4可具有Ge40Se60的化学计量，而第二硫族化物玻璃层8可具有Ge25Se75的化学计量。为简化叙述起见，第二硫族化物玻璃层8在下文就描述为具有Ge40Se60的化学计量。
第二硫族化物玻璃层8的形成可以通过如上所述第一硫族化物玻璃层4的形成时提及的任何适合的方法来实现。
作为可供选择的实施例(图1a所示)，在第二硫族化物玻璃层8上可以有附加层9，例如Ag层。或者，层9可以在例如Ag2Se的含金属层6之上(图1b)或之下(图1c)，而不是在第二硫族化物玻璃层8的上面(图1a)。在图1a-1c中，层9最好是厚度小于或等于的Ag层，Ag层的厚度以约为为理想。可以使用本专业熟知的任何技术淀积层9。严格说来，由电极10来提供Ag源并不理想。因此，为长期温度稳定性和耐久性必须注意限制Ag源。层9的存在体现了这种关注。然而，层9的存在并不是必需的。
在图1的另一可供选择的实施例(图1d所示)中，可以这样地制造恒流器件，在层9和顶电极10之间可以有与玻璃层8类似的第三玻璃层7。与图1a-1c所示实施例类似的，层9最好是厚度小于或等于的Ag层，Ag层厚度以约为更理想。
再参阅图1，在第二硫族化物玻璃层8上形成第二电极10，以完成硫族化物恒流器件100。第二电极10可以包含任何导电材料，只要恒流器件电特性不会被改变。例如，各种金属，比如钨、镍、钽、铝、铂、银或氮化钛等等中的一种或几种。然后，因为例如Ag、Au或Cu的一些金属可能迁移而进入随后淀积的玻璃层，并改变恒流器件的电特性，使用上须注意。
此外，第二电极10可以包含经掺杂而导电的半导体材料。图1示出第二电极10与第二硫族化物玻璃层8上表面相接触；然而，在层8和层10之间也可以有中间层，只要它们容许所形成的器件工作在恒流方式。
但应理解第一电极2和第二电极10可以含有相同材料或不同材料。作为举例，第一电极2和第二电极10可以每个都是钨的，或者，最好第一电极2包含钨而第二电极10含银。如上所述，严格地说，由电极10提供Ag源并不理想。因此，为长期温度稳定性和耐久性必须注意限制Ag源。
在形成第二电极10之后，将绝对幅度大于该器件清除电位的负电脉冲施加在结构100上，使该器件呈现恒定电流方式。传统上，如图1所示制造的结构100可以作为标准的PCRAM存储器件工作。例如，在DC工作时，当大约100mV的电位施加在导体10和2上时，该器件可以被读出；在约250mV的电位或更高电位施加在导体10和2上时进行写入；在绝对幅度大于大约80mV的负电位施加在导体10和2上时进行删除。
然而，申请人已经发现，当比删除电位明显地更负的负电脉冲施加在导体10和2上时，该结构的电行为方式被改变，呈现恒定电流源行为方式而不是存储器行为方式。当在恒流方式时，可以施加宽范围的负电压在这种器件上而并不改变该器件电流的流动。将器件转入恒流方式的负电压信号幅度(例如，比PCRAM器件删除电位明显地更负)随各硫族化物玻璃层厚度和在硫族化物层4中所含金属量(例如Ag)的不同而异。
第一示范结构100按照本发明的图1所示的实施例形成，其中第一电极2包含钨，第一硫族化物玻璃层4是厚约的Ge40Se60层，含金属层6是厚约的Ag2Se层，第二硫族化物玻璃层8是厚约的Ge40Se60层，第二电极10是Ag电极。
当一般幅度在从约负1.0V(-1.0V)至约负2.0(-2.0V)范围内而具有约8ns到至少约30ns脉冲的负电压施加在导体10和2上时，示范结构100作为恒流器件工作。以这种方式制造的器件在约负100mV(-100mV)到至少约负800mV(-800mV)所施加电压范围内提供约负8μA的恒定电流。如图3曲线所示。当电压比约-800mV更负时，该示范结构100的恒定电流行为开始变差。也已发现以这种方式制造的器件已被永久地由存储器件转为恒流工作器件。
尽管图3描述在从约-100mV至约-800mV电压范围内恒定电流约为8μA，但应理解准确的恒定电流值和电压范围取决于该器件结构特性，例如层4、6和8的精确的组成和厚度和硫族化物层4中所含金属(比如Ag)的总量。
而且，如以上在描述图1的实施例时指出的，第一硫族化物玻璃层4和第二硫族化物玻璃层8不一定要具有相同的化学计量，第一硫族化物玻璃层4和第二硫族化物玻璃层8也不一定要具有相同的厚度。按图1描述的方式制造的恒流器件100可以按特定应用的要求或需要做成任何几何形状。
作为第二个和更特定的示范例，恒流器件按照本发明图1实施例制造完成，其中第一电极2包含钨，第一硫族化物玻璃层4是厚约的Ge40Se60层，含金属层6是厚约的Ag2Se层，第二玻璃层8是厚约的Ge25Se75层，第二电极10包含钨。
当具有30ns脉冲的负电位1.5V(-1.5V)施加在所制造的器件上时，该器件呈现恒流行为而不是存储器行为。申请人还获知，当具有30ns脉冲的电压范围在从-1.0V至-2.0V内任一负电位施加在所制造的器件上时，该器件也呈现恒流行为。然而，已经发现施加负900mV、30ns的脉冲而并不使所制造的器件呈现恒流行为。
与第一示范器件相同，第二示范结构100在所施加的负电压范围约从-100mV至-800mV内维持恒定电流。因此，一旦在从-1.0V至-2.0V范围内30ns负电脉冲施加在导体10和2上时，可看到恒流行为的电压范围至少接近700mV。
在图1所示的实施例的第三示范例中，所制造的结构100中包括：含钨的第一电极2，包含厚约的Ge40Se60玻璃的层4，含厚约的Ag2Se的金属层6，包含厚约的Ge40Se60的玻璃层8，以及含Ag的第二电极10。然后，一个约为负800mV(-800mV)的8ns负电脉冲施加在所制造的器件上。
因此，该器件也呈现恒流行为而不是存储器行为。在约-800mV的8ns负电脉冲施加在电极10和2上将该结构转变为恒流方式以后，所制造的器件在至少接近700mV的范围内，更确切地说，从-100mV至-800mV的所施加负电压范围内维持恒定电流。正如从第三示范例中看到的，该器件中含银总量看来影响将该器件100转变为恒流方式所需施加的负电位的幅度。
现参阅图2，图2表示本发明另一示范实施例及其制造方法。
图2的实施例描述设在衬底1上的第一电极2。第一电极2可以由作为与图1的实施例中的相同电极的上述任何导电材料构成。为简化叙述起见，第一电极描述为钨(W)的。与图1实施例相同，在电极2和衬底1之间可以有一些附加层。
接着，在第一电极2上形成硫族化物玻璃层4。尽管图2所示在第一电极2和硫族化物玻璃层4之间没有中间层，但是可以存在中间层，只要它们不妨碍图2的结构工作在恒流方式。硫族化物玻璃层4最好是具有GeXSe100-X的化学计量的硒化锗玻璃。硫族化物玻璃层4的化学计量范围是从约Ge18Se82到约Ge43Se57，但以从约Ge25Se75到约Ge40Se60为理想，更理想约为Ge40Se60。硫族化物玻璃层4具有厚度范围从约到最好，硫族化物玻璃层4具有从到的厚度。
本发明的一个示范实施例的具有例如Ge40Se60的化学计量组成的硫族化物玻璃层4，可以用以上描述的形成图1的玻璃层4或8的任何一种方法来形成。
再参阅图2，在硫族化物玻璃层4上淀积含金属层6，最好为硒化银。然而，任何适合的含金属层6都可以被使用，只要它含有充足的金属离子源(例如银)，在器件工作时离子可以进入或离开硫族化物玻璃层4。例如，除硒化银以外，含金属层6可以是银。其它适合的含金属层包括含Ag的例如O、S、Se、Te和Po硫族化物的所有硫族化物层。例如硫化银、氧化银和碲化银等等都是可用于含金属层6(例如含Ag的硫族化物层)的适合的银的硫族化物。
含金属层6的形成可以采用与上述与图1的实施例中的含金属层6之形成相联系的上述任何方法。图2表示，含金属层6与硫族化物玻璃层4的上表面相接触；然而，在含金属层6之下也可以有中间层，只要它们不妨碍图2的结构工作在恒流方式。所形成的含金属层6的厚度范围从约到约最好，含金属层6是约厚。
作为一个可选择的实施例(图2a所示)，例如Ag的附加层9可以设在例如Ag2Se的含金属层6的之上，在第二电极10和含金属层6之间。或者，与图2a的实施例相似，附加层9可以设在含金属层6之下，在硫族化物玻璃层4和含金属层6之间。在图2a中，层9最好是厚度小于或等于的Ag层，Ag层厚度为约更为理想。与对图1a-1d的示范实施例的关注相类似，为长期温度稳定性和耐久性必须注意限制Ag源。层9的存在引起了这种关注。然而，层9的存在并不是必需的。
再参阅图2，按照笫二实施例，在含金属层6上形成第二电极10，以构成硫族化物恒流器件101。而且，尽管图2所示在含金属层6和第二电极10之间没有中间层，但是可以存在中间层，只要它们不妨碍图2的结构工作在恒流方式。第二电极10可以包含以上描述的用于图1的实施例中电极10的任何材料。然而，若图2的第二电极10与含金属层6直接接触，则第二电极10最好不含银，除非它被溅射到作为含金属层6的Ag2Se层上。
应理解，图2的第一电极2和第二电极10可以有相同材料或不同材料。作为举例，第一电极2和第二电极10可以都是钨的，或者，第一电极2可以含钨而第二电极10可以含银。
在形成图2的结构101之后，，可以将足够幅度的负电脉冲加在电极10和2上使该器件呈现恒流行为。传统上，如图2所示制造的结构101可以作为标准的PCRAM存储器件使用。例如，在DC工作时，当大约100mV的电位加在导体10和2上时，该器件可以被读出；当大约250mV的电位或更高电位施加在导体10和2上时进行写入；当绝对幅度大于大约80mV的负电位施加在导体10和2上时进行删除。
然而，当比结构101的删除电位明显地更负的负电脉冲加在导体10和2上时，该结构的电行为方式被改变，呈现恒流源行为方式而不是存储器行为方式。当在恒流方式时，宽范围的负电压可以施加在这种器件上却不改变该器件电流的流动。将器件转入恒流方式的负电压信号幅度(例如，比PCRAM器件的删除电位明显地更负)，随各硫族化物玻璃层厚度和在硫族化物层4中所含金属量(例如Ag)的不同而异。
在本发明的图2所示的实施例的第一示范例中，在所制造的恒流器件中，其中第一电极2包含钨，第一硫族化物玻璃层4是厚约的Ge40Se60层，含金属层6是厚约的Ag2Se层，第二电极10包含钨。
负电位1.5V(-1.5V)的30ns脉冲被加在所制造的示范器件上。因此，该器件呈现恒流行为而不是存储器行为。还发现，当电压范围在从-1.0V至-2.0V内的负电位的30ns脉冲加在所制造的器件上时也产生恒流行为。然而，已经发现施加比-1.0V更正的电脉冲(例如，负900mV的30ns脉冲)不使示范器件101转入恒流方式。
示范器件101在所施加的负电压范围从约-100mV至约-800mV维持恒定电流。因此，将从-1.0V至-2.0V范围内负电压施加在导体10和2上，就可看到恒流行为的电压范围至少接近700mV。
在图2实施例的第二示范例中，所制造的结构101中包括：含钨的第一电极2，包含厚约的Ge40Se60玻璃的层4，包含厚约的Ag2Se的金属层6，以及含有Ag的第二电极10。约负800mV(-800mV)的8ns负电脉冲施加在所制造的器件上。因此，该器件也呈现恒流行为而不是存储器行为。正如从第二示范例中看到的，该器件101中含银总量看来影响将该器件转变为恒流方式所需施加的负电位的幅度。
当约-800mV的负电位施加在电极10和2上时，所制造的器件在至少接近700mV，更确切地说从-100mV至-800mV的所施加的负电压范围内维持恒定电流。与图1的实施例相同，图2的实施例可以根据要求或需要的应用做成任何几何形状。
申请人已发现，通过在该器件上施加比将该器件从存储器件转变为恒流器件所需要的负电压大的负电压，按照本发明实施例制造的通常呈现PCRAM存储器件行为的器件100和101可以永久地转变为恒流器件。换言之，施加比该器件删除电位明显更负的电脉冲将存储器件转变为恒流器件。已经看到，恒流器件100和101中含银量越大.要施加在器件100和101上引起恒流行为的负电位8ns脉冲的绝对幅度就越大或者各种宽度的脉冲的绝对幅度就越大。
申请人还发现，在施加足以将该器件置于恒流工作模式的负电脉冲下，按照本发明制造的器件100和101可以工作为恒流器件而不必先工作为存储器件。反之，通过施加低于将该器件置于恒流工作模式所需要阈值的电压，按照本发明制造的器件100和101可以工作为存储器件而不会先工作再变为恒流器件。因此，在施加足以将存储器件转入恒流工作模式的负脉冲时，该器件转变为恒流方式并且维持这种状态直至电压撤去。
本发明的另一方面提出例如图1和2所述的恒流器件100和101处于恒流工作模式时改变和重设所流过的电流值的重设方法。
为简化叙述，改变和重设的方法以图1所制造的结构100为例加以说明。然而，这些方法同样有效地适用于图2的结构101。
特别地，以下结合图3描述按照图1制造的示范结构100，结构100包括如下：底层钨电极2，厚约的Ge40Se60第一玻璃层4，厚约的Ag2Se层6，厚约的Ge40Se60第二玻璃层8和顶层银电极10。这样，当图1的结构100处于恒流方式，大约0V至-1.0V范围内的DC电压施加在电极10和2上时，该器件具有如图3所示的电流/电压曲线(I/V曲线)。
图3描述所观察到的本发明恒流器件的超过-800mV时的A区，在A区恒定电流值-8μA开始下降。换言之，在A区恒定电流值不再维持在-8μA。已经观察到A区对应于硫族化物恒流器件100的重设区或击穿区。尤其是当结构100处于恒流方式时，如图3所示，通过施加比该器件的负电压阈值大的更负电压，该器件的恒定电流值可以重设至初始恒定电流值(例如-8μA)。初始恒定电流值是硫族化物结构在初次转变呈现恒流行为时的初始电流值
假如所施加的电位的增加超出恒流器件开始减小恒定电流值的那点(如图3所示)过多，恒流器件性能可能过早地恶化。恒流器件性能恶化可能最终导致DNR行为。然而，运用与最初使用的使该器件呈现恒流行为的幅度相同或小些的重复脉冲，可能发生恒定电流值的增加。而且，在对应于A区的一定负电位以后，恒流器件不再重设至初始恒定电流值。恒流器件的功能失效。重设恒流器件的恒定电流值的较理想方法是施加更正的电位。
再参阅图3，但应理解，尽管恒定电流值在图中描述的为-8μA，恒定电流值将随按照图1和2实施例制造的玻璃堆层厚度而变化，也随器件100和101中含Ag总量而变化。而且，尽管A区在图3中看来在超过约-800mV之外，A区位置也可以变化，例如比图3所示的值较大或较小，这取决于玻璃堆层的厚度，含Ag总量及所施加的负电压。还有，尽管图3描述该器件在至少700mV内维持恒定电流，玻璃堆层的厚度，含Ag总量及所施加的负电压幅度也会影响该器件的维持恒定电流值的范围，例如恒流器件可以比图示的具有更大的恒定电流范围。
因此，在由本发明提出的一个方法形态中，图3的A区对应于一个负击穿电压，该电压可以加在恒流结构100或101上使该结构的恒定电流值重设至当结构100或101初次转变为恒流方式时所看到的初始值。
在本发明的另一方面，图3也说明一种改变器件100恒定电流值的方法。
申请人已发现施加负电位直至一定值增加恒定电流幅度。幅度相同或小些的重复电流脉冲还可以增加恒定电流幅度。为增加恒定电流幅度所需的负电位将随恒流器件结构特性而变化。反之，施加正电位减小恒定电流幅度。同样地，幅度相同或小些的重复电流脉冲还可以减小恒定电流幅度。此外，为减小恒定电流幅度所需的正电位将随恒流器件结构特性而变化。以下给出进一步详述。
一般说，当工作在恒流方式的结构100被用绝对幅度大于图4所示的电压阈值(Vt)的正电压60写入时，该信号减小恒定电流的限值，例如使幅度减小，如图5所示。为简化叙述起见，称该电压为V1。
图5描述在大于图4所示的Vt的正电压60(例如V1)施加在结构100之后的电流限值61。
应理解，如图4所示，可以施加在恒定电流结构100上的V1幅度可具有比正Vt电压60更大的绝对幅度。现在看图5，图5描述各种V1，曲线61对应于图4的所施加的正Vt电压60，曲线71对应于图4的所施加的正电压70和曲线81对应于图4的所施加的正电压80。图4只描述可以施加而引起较大恒定电流值(例如，减小恒定电流幅度)的几个V1值。因此，图5只描述由于在工作在恒流方式的结构100上施加正电压而造成的几个恒定电流值。而且，图5示出了幅度相同或小些的重复电流脉冲还可以减小恒定电流幅度，如曲线61、71和81所示。
因此，在工作在恒流方式的结构100上施加大于Vt的正电压(例如，V1)，会造成比当结构初次转变为恒流方式工作时初次看到的恒定电流幅度减小的恒定电流幅度。例如，假如恒流器件具有如图3所示的-8μA的初始恒定电流值，可以施加正电压70达到如图5曲线71所示的新恒定电流值。换言之，施加在结构上的V1减小恒定电流强度。若需要的话，恒定电流值可以被继续减小。所以，在恒流器件100和101上施加正电压(例如，V1)能够将恒定电流值改变为比该器件初次看到的值更低的恒定电流值。
在另一方法形态中，本发明提出增加或重设用图4和5所示的上述方法达到的高恒定电流值。为了增加如图5曲线61、71和81所示的高恒定电流值，需要将比负阈值电压(Vt)更负的电压施加在结构100上。该电压也称为该器件的击穿电压。为简化叙述起见，称这电压为V2。
图6描述在A区(与图3的A区相似)的使用图5的恒定电流限值曲线60的恒流器件100的击穿电压。所施加的负阈值电压(V2)是比现行恒定电流值的电压范围上限值稍负的电压，被定义为该器件的击穿电压。
例如，图6描述负800mV(-800mV)大约是结构100现行恒定电流值的电压范围上限值。因此，如图6所示，所施加的V2必须比-800mV稍负。确切地说，恒流器件100的击穿电压由A区给定，要比-800mV稍负。
因此，图6描述在恒流结构100上施加比约-800mV更负的V2。最好，施加大于或等于-1.0V的更负V2，使结构100的恒定电流值重设。然而，其它负V2值可以被使用，只要它们大于结构100现行恒定电流值的电压范围的上限值，例如V2大于至少-800mV。例如，返回参阅图3，图3描述恒流器件100的现行恒定电流值的电压范围上限值是约-800mV。这样，要施加稍负的V2。这就是A区所表示的。如上所述，准确的击穿电压和该负信号(例如，V2)的幅度将随恒流器件内玻璃层的厚度和含银量而变化。而且，施加比-800mV更负的电信号用作增加恒定电流的负值。
这样，施加对应于恒流器件击穿电压的V2提升存在的恒定电流值，例如，存在的恒定电流值变为更负即增加恒定电流的幅度。换言之，施加对应于图3和6中A区更负的电压，可以或者将结构100的恒定电流限值重设至初始恒定电流限值，或者至少提升如图7所示恒流器件的恒定电流值，例如，变得更负。此外，幅度相同或小些的重复电流脉冲还可以按要求增加恒定电流幅度。
具体而言，图7描述了结构100的恒定电流值从图6所示的-8μA被提升至约负800nA(-800nA)。因此，达到新的更高恒定电流值，例如，更负的恒定电流值。特别地，所达到的更高恒定电流值对应于恒流器件初始负恒定电流值。如图7所示，该恒定电流值明显地更高，例如，更负。
一般，施加比约-800mV至约-2.0V更负的负V2造成击穿电压，使恒流器件中恒定电流值重设或提升。然而，一般施加大于-2.0V的更负的V2会造成恒流器件被损坏。因此，理想的是从约-800mV至约-2.0V范围内的A区击穿电压(如上所述，这随每个恒流器件而变化)施加在恒流器件上，使得器件100和101重设或提升其恒定电流值，例如，更负。
尽管，施加大于-2.0V的更负的V2一般会造成恒流器件被损坏，但这并不总是如此。例如-2.0V的这值可以随恒流器件内各层厚度而变化。比如，恒流器件内各层厚度越厚，可以施加更负(举例来说，比-2.0V更负)的V2而不会损坏该器件。而且，施加大于-2.0V的更负的V2可能导致该器件重设至使该器件可以再次作为恒流源被加以脉冲和编程的非常低的恒定电流值，而不会损坏器件。此外，这取决于恒流器件中存在的各层厚度。因此，在一方面，施加大于-2.0V的更负的V2可能导致该器件重设至低的恒定电流值。
事实上，上述公开的方法使恒流器件的恒定电流值可以被改变和重设。将恒定电流值改变和重设不会有损坏恒流器件100或101。因此，通过施加V1电压，可以使恒定电压限值下降，例如比恒流器件初始恒定电流值更正，并且相反地，可以使恒定电压值重设或提升，例如比初始恒定电流值更负。但应理解，本发明的方法适用于任何恒流器件，并不限于按照图1和2制造的器件100和101。
在另一方面，本发明也提出利用恒流器件作为模拟存储器件使用的方法。本发明的这一特定方面提出了检测被加在恒流器件的恒定电流值的方法。一旦测到这些恒定电流值，就可以确定达到这些恒定电流值所施加的正电压(例如，V1)。可以依次读出这些值，使得存储器状态对应于每个恒定电流值。这样，当器件工作于不同恒定电流值，可以这样地读出恒流器件，使得多个存储器状态可以被存储。每个存储器状态应于一个特定的恒定电流值。例如，幅度相同或小些的重复电流脉冲还可以增加或减小恒定电流幅度。这些值中的每一个可对应不同状态的模拟分类而被读出和存储。
图8表示一种读取恒流器件的恒定电流值的方法，从而使得能将恒流器件作为模拟存储器件使用。例如，有三个可以使用的恒定电流值，比如，0.1μA、0.5μA和1μA，这三个不同信号值中的一个可被存储，并通过测量电流值而被读出。如上述图4和5所示，同一恒流器件可以有不同的恒定电流值。如图4所示，在恒流器件上施加正电压(V1)减小恒定电流限值，例如使恒定电流幅度减小，如图5所示，施加如图4所示的虚线60、70和80的正电压可以得到图5中曲线61、71和81。这些恒定电流值中至少一个可被单独存储和读出。如上指出，在单个恒流器件中可以达到多个恒定电流值。
图8描述Va、Vb和Vc的曲线。根据Va、Vb和Vc的值可以确定所施加而达到Va、Vb和Vc的正电压。比如，恒定电流值Va使得计算产生Va前施加的正电压V1成为可能。同样地，利用恒定电流值Vb和Vc使得计算产生Vb和Vc前施加的正电压V1成为可能。每一个对应的恒定电流值(例如，Va、Vb和Vc)可作为该器件的一个单独的存储状态被存储。
应理解，尽管上述本发明的方法仅述及硫族化物恒流结构100，本发明的方法同样地适用于任何恒流结构，例如恒流结构101，而不是仅限于上文公开的恒流结构。
而且，尽管上述实施例谈及仅仅一个硫族化物恒流结构100或101的制造，但应理解，本发明涵盖任何数量的这种硫族化物恒流结构的制造。作为一个非限制性的例子，许多个硫族化物恒流器件可被制造并提供，与许多元件一起工作。因此，硫族化物玻璃恒流结构100或101可以使用于许多电子设备中。确切地说，上述公开的方法和结构的工作可以使用于凡是希望具有在所施加的电压范围内维持恒定电流的恒定电流维持器件的任何设备。
图9中以附图标记500一般地描述一个包括本发明的恒流器件的典型的基于处理器的系统。基于处理器的系统是具有可包括恒流器件的数字电路的系统范例。这样一个系统可以包括(但不限于)计算机系统、摄像机系统、扫描仪、机器视觉系统、车辆自动驾驶系统、可视电话、监视系统、自动聚焦系统、行星跟踪系统、运动检测系统、图象稳定系统和用于高清晰度电视的数据压缩系流，所有这些系统都可以使用本发明。
基于处理器的系统(例如计算机系统)一般包括例如中央处理单元(CPU)544(例如微处理器)，它通过总线552与输入/输出(I/O)设备546通信。恒流器件542也通过总线552与系统通信。计算机系统500也包括随机存取存储器(RAM)548，并且在计算机系统场合，可以包括例如软盘驱动器554、光盘驱动器(CDROM)556等外围设备，它们也通过总线552与CPU544通信。恒流器件542最好构成为一个包含至少一层硫族化物玻璃层和含金属层的集成电路，如上述图1-8所示。也可以按要求将处理器554、恒流器件542和存储器548集成在一块IC芯片上。
本发明并不局限于以上图示的实施例的细节。因此，上述说明和附图只能认为是对本发明的特征和优点的示范实施例的描述。可以作出针对特定方法、工艺条件和结构的种种修改和替换而并不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明并不仅限于上述说明和附图，其范围仅由所附的权利要求书的范围限定。

Claims (10)

1.一种改变两端硫族化合物恒流器件的恒定电流值的方法，所述方法包括：
设置包含第一和第二电极的所述恒流器件，其中至少一个电极具有比另一电极低的电位，且其中所述恒流器件具有第一恒定电流值；以及
给具有较低电位的电极施加足以使所述第一和第二电极之间的电位差在量值上至少等于所述恒流器件的负阈值电压的电压，以将第一恒定电流值改变到第二恒定电流值。
2.权利要求1中的方法，其中：所述施加的电压是比所述器件的所述恒定电流值的电压范围上限值更负的电压。
3.权利要求2中的方法，其中：所述施加的电压是所述恒流器件的击穿电压。
4.权利要求3中的方法，其中：所述击穿电压在-800mV至-2.0V的范围内施加。
5.权利要求4中的方法，其中：所述击穿电压在8ns至30ns的脉宽范围内施加。
6.一种增加两端硫族化合物恒流器件的恒定电流值的幅值的方法，所述方法包括：
在两个电极之间设置所述恒流器件，其中所述电极中的一个具有比另一电极低的电位；以及
对所述恒流器件给具有较低电位的电极施加负电位；以及
将与所述被施加负电位的幅值相同或小的重复脉冲施加到所述器件，从而进一步增加所述器件的恒定电流值的幅度。
7.一种增加两端硫族化合物恒流器件的恒定电流值的幅值的方法，所述方法包括：
在两个电极之间设置所述恒流器件，其中所述电极中的一个具有比另一电极低的电位；以及
对所述恒流器件给具有较低电位的电极施加负电位，其中所述施加的负电压导致所述器件中更负的恒定电流值。
8.一种减小两端硫族化合物恒流器件的恒定电流值的幅度的方法，所述方法包括：
在两个电极之间设置恒流器件，其中至少一个电极具有比另一电极低的电位；
对所述恒流器件给具有较低电位的电极施加正电压，其中所述被施加正电压比所述器件的负阈值电压更正。
9.权利要求8中的方法，其中：把与所述被施加正电压的幅度相同或小些的重复脉冲施加到所述器件，从而进一步减小所述器件的恒定电流值的幅度。
10.权利要求8中的方法，其中：所述被施加正电压导致所述器件中更正的恒定电流值。
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